DE1943058A1 - Vorrichtung zur Erzeugung eines Korpuskularstrahls sowie Verfahren zum Schneiden von Gestein mit Hilfe eines solchen Korpuskularstrahls - Google Patents
Vorrichtung zur Erzeugung eines Korpuskularstrahls sowie Verfahren zum Schneiden von Gestein mit Hilfe eines solchen KorpuskularstrahlsInfo
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Description
DiPL ing KLAUS NEUBECKER
Patentanwalt
4 Dusse'dorf 1 Schadow platz Q
4 Dusse'dorf 1 Schadow platz Q
1343058
.Düsseldorf, 22. Aug. 1969
39,914-A
6972
6972
Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.
Pittsburgh, Pa., V. St. A.
Vorrichtung zur Erzeugung eines Korpuskularstrahls sowie Verfahren zum Schneiden von Gestein mit Hilfe eines solchen Korpuskularstrahls
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur Erzeugung eines Korpuskularstrahls in der Atmosphäre, der sich zur Einwirkung auf ein Werkstück wie eine Gesteinsformation
eignet, um Löcher zu bohren oder sonstige beispielsweise tunnelartige Ausnehmungen in Gestein herstellen zu können. Dabei
wird von der Vorrichtung ein Korpuskularstrahl zum Schneiden von Gestein in die Atmosphäre ausgesandt.
Die US-Patentschrift Nr. 2 899 556 beschreibt einen Abschnitt zur
übertragung des Korpuskularstrahls in die Atmosphäre, der aus unterschiedlich
gepumpten Zwischenkammern besteht, die mit Hilfe von Wänden mit kleinen Öffnungen voneinander getrennt sind, durch die
der Strahl von einer Kammer zur nächsten und schließlich in die Atmosphäre gelangt. Die Öffnung, durch die der Strahl in die
Atmosphäre austritt, liegt in einer Platte mit einem typischen Durchmesserwert von etwa 10 cm. Mit der hinter der Öffnung, durch
die der Strahl in die Atmosphäre austritt, angeordneten Pumpkam
mer ist typischerweise eine Vakuumleitung mit einem Querschnitt
von etwa 6,5 χ 2,5 cm verbunden. Dieser große Querschnitt der Vakuumleitung ist erforderlich, um die erste der unterschiedlich ge
pumpten Kammern entgegen der Einwirkung von Gas von der Öffnung aus, durch die der Strahl in die Atmosphäre austritt, wirksam
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evakuieren zu können. Mit einer kleineren Vakuumleitimg läßt eine wirksame Evakuierung sich einfach nicht erzielen. Aufgrund
dieser Anforderungen hat der Kopf dieser Vorrichtung einen Gesamtdurchmesser
von mindestens 12,5 - 15 cm. Wenn man eine gewisse Verringerung des Pumpwirkungsgrades in Kauf nimmt, so kann eine
zu der Strahlaustrittsöffnung konzentrische Pumpleitung vorgesehen
werden, aber auch dann bleibt der minimale Durchmesser des Strahlausgangssystems immer noch über 5 cm groß. Die Gesamtlänge
der konzentrisch gepumpten Strahlausgangsanordnung kann 30 oder 60 cm ohne eine erhebliche Vergrößerung des Durchmessers nicht
P übersteigen.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist daher einmal die Schaffung einer zur Aussendung eines Korpuskularstrahls in die Atmosphäre
geeigneten Vorrichtung, deren Durchmesser so klein, deren Länge an und von der Stelle der Öffnung für den Austritt des Strahls in
die Atmosphäre so groß ist und die einen so scharfen Strahl erzeugt, daß sie sich in besonders günstiger Weise zur Durchführung
von Schneid-, Zerkleinerungs- oder Brecharbeiten innerhalb des Werkstückes auch an einer Stelle verwenden läßt, die verhältnismäßig
tief unter der Oberfläche liegt, an der die Vorrichtung nach der Erfindung auf das Werkstück einwirkt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung zur Erzeugung
eines zur Einwirkung auf ein Werkstück geeigneten Korpuskularstrahls
in der Atmosphäre, mit einer ein Strahlerzeugungssystem, das an seinem einen Ende eine Öffnung für den Durchgang des Strahls
in die Atmosphäre und zu dem Werkstück hin aufweist, aufnehmenden Vakuumkammer erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß dem
Korpuskularstrahl ein Flud zugeordnet ist, das sich mit hoher Geschwindigkeit
längs des durch die Öffnung austretenden und auf das Werkstück einwirkenden Korpuskularstrahls fortbewegt.
Dieses Flud erzeugt an der Austrittsöffnung eine Saugstrahlpumpenwirkung.
Der FIudstrom saugt das Gas an der Öffnung und um die
Öffnung herum an und schafft dabei ein erhebliches Teilvakuum,
durch das der Korpuskularstrahl mit nur einem Minimum an Ab-
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Schwächung (attenuation) hindurchtreten kann. Der Aufbau für den
Strahlausgang weist ein Rohr auf, durch das der Strahl hindurchgeht und das durch einen oder mehrere ringförmige, zur Führung
des Fludes dienende Kanäle umgeben ist. Das Rohr und dLe Fludkanä-Ie
können zusammen einen Durchmesser von bis zu 12 mm herab haben. Innerhalb dieses Aufbaus pflanzt sich der Strahl durch einen
Driftraum fort, der ohne eine Durchmesserzunahme eine Länge von mehreren Dezimetern haben kann. Dieser Aufbau kann mit seiner ganzen
Länge in eine in dem Werkstück vorgesehene öffnung eingesetzt werden, 'die zunächst mit Hilfe des Strahles ausgebohrt worden
ist und einen. Querschnitt von nicht wesentlich mehr als 1,5 -
2
6 cm haben kann. Als Flud kommt bevorzugt Wasser infrage, das mit einer Geschwindigkeit von 0,1 - 10 1/sec bei einem Druck von 1 - 10 atü zugeführt wird. Wo die Fludkanäle konzentrisch ausgebildet sind, kann als inneres Flud Dampf mit einem Druck von 0,2 - 10 atü verwendet werden, der mit einer Geschwindigkeit von etwa 22 - 450 p/soc (O,Ci - 1 pound per second) zugeführt wird. Das äußere Flud kann wie vorstehend ausgeführt Wasser sein. Für das innere Flud kommt ebenfalls ein brennbarer Stoff wie Methan, Azetylen, Äthylen, Benzin oder Wasserstoff infrage, während das äußere Flud Sauerstoff sein kann. In diesem Fall wird der Stoff entzündet und verringert dann den Druck an der Austrittsstelle nicht nur durch Saugstrahlwirkung, sondern auch durch Aufheizung des Gases. Ferner kann das Flud auch ein elektrisches Plasmagas sein.
6 cm haben kann. Als Flud kommt bevorzugt Wasser infrage, das mit einer Geschwindigkeit von 0,1 - 10 1/sec bei einem Druck von 1 - 10 atü zugeführt wird. Wo die Fludkanäle konzentrisch ausgebildet sind, kann als inneres Flud Dampf mit einem Druck von 0,2 - 10 atü verwendet werden, der mit einer Geschwindigkeit von etwa 22 - 450 p/soc (O,Ci - 1 pound per second) zugeführt wird. Das äußere Flud kann wie vorstehend ausgeführt Wasser sein. Für das innere Flud kommt ebenfalls ein brennbarer Stoff wie Methan, Azetylen, Äthylen, Benzin oder Wasserstoff infrage, während das äußere Flud Sauerstoff sein kann. In diesem Fall wird der Stoff entzündet und verringert dann den Druck an der Austrittsstelle nicht nur durch Saugstrahlwirkung, sondern auch durch Aufheizung des Gases. Ferner kann das Flud auch ein elektrisches Plasmagas sein.
Bei Ausschachtungsarbeiten in Verbindung mit der Erstellung von
Tunneln oder für Fundamente bereiten die dabei anzutreffenden massiven Gesteinsformationen ernsthafte Schwierigkeiten. Es ist
notwendig, durch diese Steinformationen zu schneiden, jedoch ist
dies mit den zur Verfügung stehenden gewöhnlichen Erdarbeitsgeräten
mit einem annehmbaren Arbeitskostenaufwand nicht ohne weiteres möglich. Bekanntlich werden derartige steinige oder felsige
Formationen zunächst durch Explosionen zerstört, wobei das dabei entstandene Geröll mittels der verfügbaren Erdbewegungsgeräte entfernt wird. Solche Explosionen stellen nicht nur allgemein
eine Gefahr dar, sondern weisen sich auch insofern als nach-
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teilig, als ihre Zerstörungswirkung sich nicht auf die Zerstörung
der felsigen oder steinigen Formationen beschränkt, sondern davon auch Häuser und sonstige Gebäude innerhalb eines Umkreises von
mindestens 800 m bis 1600 m von der Explosionsstelle aus betroffen werden.
Die Ausschachtungsarbeiten lassen sich auch durch mechanisches Schneiden und Bohren ausführen. Jedoch ist das Schneiden oder Bohren
von Gestein mit Hilfe mechanischer Schneidvorrichtungen kostspielig, was ebenfalls für die Verwendung sogenannter Strahlflammen
(jet flames) gilt. Einige Gesteinsarten besitzen nur eine geringe Widerstandsfähigkeit gegenüber Sprüngen infolge thermischer
Beanspruchung, so daß sie sich auf thermischem Wege brechen oder zumindest schwächen lassen. Beispielsweise können Strahlflammen
gegen die Oberfläche des Gesteins gerichtet werden, so daß das Gestein infolge der Wärmespannungen springt oder platzt, wobei
kleine Splitter und schuppenartige Stücke von der erhitzten Fläche abspringen. Dies ist normalerweise der Fall, wenn einige kristalline
Komponenten des Steingefüges bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur einen Phasenübergang erfahren und wo dieser Phasenübergang
mit einer erheblichen Änderung des spezifischen Volumens verknüpft ist. In der Praxis ist ein solches Verfahren unter
dem Namen "Linde-Strahldurchbohrung1· ("Linde Jet Piercing") allgemein
bekannt» Dieses Strahldurchbohrverfahren hat sich als wirtschaftlich
interessant für das Schneiden und Bohren harten Gesteins wie Jaspis und Takonit erwiesen.
Die für die thermische Beanspruchung und das Brechen des Gesteins verwendete Strahlflamme wird durch ein Gemisch von Sauerstoff
mit verschiedenen herkömmlichen Brennstoffen wie Methan, Kerosin oder Öl erhalten. Es wurde gefunden, daß eine nur mit Luft gespeiste
Flamme nicht heiß genug ist, um den Anforderungen zu genügen.
Ebenso wurde gefunden, daß bestimmte Gesteinsarten der Einwirkung dieser Flamme widerstehen, selbst wenn zur Verbrennung des Brennstoffes
Sauerstoff herangezogen wird.
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Das vorstehend erwähnte Strahlflammen-Verfahren zum Schneiden
von Gestein bringt es mit sich, daß die von der Flamme abgegebene Hitze durch Wärmeleitung in das Gestein eindringt. Infolge der
chemischen Zersetzung des Gesteins bei höheren Temperaturen entstehen Reaktionsprodukte, die gute Wärmeisolatoren darstellen und
außerdem gegenüber der von der Flamme abgegebenen Wärmestrahlung undurchlässig sind, so daß das Strahldurchbohrverfahren seine Wirksamkeit
verliert. Durch die von den Reaktionsprodukten ausgeübte isolierende und Strahlungsblockierende Wirkung wird der Fortpflanzung
der Hitze auf Strahlungs- oder Wärraeleltungsbasis eine natürliche
Grenze gesetzt. Diese blockierende Wirkung setzt aber auch der durch Bohrung von Gestein mit Laserimpulsen, deren Einsatz
in jüngerer Zeit in Betracht gezogen worden ist, eine natürliche Grenze. In diesem Fall wird das durch das von der Oberfläche
verdampfte Material erzeugte Plasma gerade für die die Energie führende Strahlung undurchlässig, d. h. ein schwarzer Körper. Der
weitere Energietransport zu tieferen Schichten des behandelten Gesteins hängt wiederum nur von der Wärmeleitung ab, der die thermisch
isolierenden Reaktionsprodukte entgegenstehen.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es weiter, die vorstehend beschriebenen
Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und ein Verfahren zur Durchführung von Ausschachtungsarbeiten auch in
felshaltigern Gelände zu schaffen, das nur ein Minimum an Sprengarbeiten
mit Hilfe von Explosionsstoffen erfordert, um die Gesteinsformationen oder -massen zu zerstören,und das auch nicht die
Erhit
Nachteile der / zung durch Strahlflammen oder Laserstrahlen besitzt.
Zur Lösung dieser weiteren Aufgabe ist ein Verfahren zum Schneiden
von Gestein in Verbindung mit einem von der erfindungsgemäßen Vorrichtung
erzeugten Korpuskularstrahl in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Korpuskularstrahl
und ein zugeordnetes Flud durch die Öffnung auf die Gesteinsoberfläche
gerichtet werden.
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1343058
Diese Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Energieübertragung an einen Festkörper ohne Zuhilfenahme von Wärmeübertragung
erfolgen kann, wenn dieser Festkörper mit Korpuskularteilchen bombardiert wird. Elektronen- oder Ionenstrahlen können zwei
Zwecken dienen, nämlich einmal (a) Gestein auf thermischer Basis durch Zufuhr von Verkleinerungsenergie mit Hilfe eines Elektronenoder
Ionenstrahls zu erhitzen und zu zerkleinern und (b) das Gestein in der Weise abzutragen, daß durch Vorgänge, die sich etwa
als chemische Strahlungsvorgänge bezeichnen lassen, die Molekularstruktur des Gesteins durch Korpuskularbombardement aufgebrochen
wird.
Dementsprechend werden massive felsige Gebilde durch Beaufschlagen
der Gesteinsoberfläche mittels eines Korpuskularstrahls hoher
Energiedichte zerstört, der einen solchen Strahl erzeugt und in die Atmosphäre aussendet. Der Strahl kann von einem Elektronen-
fi 2 strahl gebildet sein, dessen Energiekonzentration 10 W/cm
übersteigt und Teilchenenergien in der Größenordnung von 100 kV bis 500 kV aufweist. Ein Strahl mit Partikeln sehr viel höherer
Energie, die mit 1 Million bis 100 Millionen V beschleunigt worden sind, läßt sich ebenfalls mit Vorteil einsetzen, Zur Erzeugung
eines solhen Strahls können ein Marxscher Spannungsgenerator,
ein Van-de-Graff-Generator, ein Betatron oder ein Dynamitron verwendet
werden.
Typischerweise wird gegen die Gesteinsoberfläche ein Elektronenstrahl
gerichtet, der sowohl eine hohe Energie als auch eine hohe Energiedichte aufweist. Die hohe kinetische Energie der Elektronen
läßt diese bis zu einer gewissen Tiefe in das Gestein eindringen und dann d ort ihre Energie an die Atome und Moleküle des Gesteins
abgeben. Das verursacht eine extrem hohe, lokale Aufheizung, die zum Schmelzen oder sogar zur Sublimierung und Verdampfung
des Gesteinsmaterials führt. Eine solche Verdampfung erfolgt insbesondere längs der Achse des Strahls, solange der Strahl begrenzt
bleibt oder, mit anderen Worten, solange die Energiedichte des Strahls infolge Streuung in dem Dampf oder infolge einer anfänglichen
Strahlaufweitung nicht zu weit herabgesetzt ist. Ein
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kleiner Offnungswinkel für den Strahl von etwa 1/2 - 5 Grad ist
daher für das vorliegende Anwendungsgebiet ebenso wünschenswert wie eine hohe Energiedichte.
Die Erfindung beruht weiter auf der Erkenntnis, daß in Stoffe iff
■ ι iCUi-IrOr Atomzahl wie Gestein oder Wasser die Strahlstreuung gering
bleibt und in den meisten Fällen auch die Wärmeleitung niedrig Hegt, so daß der Strahl längs seines Pfades leicht einen überhitzten
Dampfkanal erzeugen kann. Der Strahl dringt daher in Wasser oder Gestein ein und reicht somit viel tiefer als (bei Annahme
gleicher Strahlenergie) in Metallen. Daraus resultiert, daß der größere Teil der Strahlenergie mit hoher Energiedichte bis
zum inneren Ende dieses Dampfkanals dringt, d. h. bis zu einer Tiefe von mehreren Zentimetern (several inches) unter der Geeteinsoberflache.
In der Praxis kann der Korpuskularstrahl hoher Energie und hoher Dichte auch zum Zertrennen eines Gesteinsblocks oder einer Gesteinsplatte
in mehrere Abschnitte dienen. Das Verfahren hat sich als in hohem Maße wirksam und erfolgreich erwiesen, indem Elektronenstrahlen
hoher Leistung von insgesamt 5-10 kW auf verschiedene Sorten von Gestein und Beton gerichtet wurden. Beispielsweise
konnte mit Hilfe des 5 kW-Strahls durch eine 2,5 cm dicke Betonplatte mit einer Geschwindigkeit von annähernd 15 cm/min
hindurchgeschnitten werden. Wenn das. Stück dagegen dicker als
2,5 cm ist, so läßt sich mit dem 5 kW-Strahl einsauberer Schnitt nicht mehr erzielen, aber trotzdem kann auch ein mehrere Zentimeter
(several inches) starkes Stück leicht längs der Schnittlinie des Elektronenstrahls gebrochen werden, obwohl die Eindringtiefe
beispielsweise nur 2,5 cm beträgt.
Die Zerstörung oder Zerkleinerung von Gestein kann auch dadurch
erfolgen, daß ein stationärer Strahl gegen lie Gesteinsoberfläche
gerichtet wird. Als ein typischer Wert wurde ermittelt, daß ein etwa 30 see lang stationär gehaltener 9 kW-Strahl in Sandstein ein
Loch bohrt, das 7,5 cm tief ist, etwa Birnenform hat und dessen größter Durchmesser etwa 15 mm (5/8") beträgt.
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BAD ORH&NAL
■- 8 -
Der Strahl pflanzt sich in einem selbstgeschaffenen engen überhitzten
Dampfkanal bis zu einer Tiefe von mehreren Zentimetern (several inches) fort, und der Hauptanteil der Strahlenergie wird
erst abgegeben, wenn und wo der Strahl sich ausbreitet, d. h. am inneren Ende des Dampfkanals, was von besonderem Vorteil im Hinblick
auf thermisches Sprengen ist. Die Hitze wird mehrere Zentimeter unterhalb der Oberfläche zugeführt, so daß die durch Wärmespannungen
hervorgerufene Wirkung eine Verstärkung erfährt.
Wie bereits angedeutet, kann anstelle eines Elektronenstrahles
ψ ein Ionenstrahl verwendet werden. Der Vorteil eines Ionenstrahls
ist in der verringerten Intensität zu sehen, mit der Röntgenstrahlung selbst bei einem Strahl hoher Energie erzeugt wird. Es ist
möglich, Gestein mit einem Ionenstrahlerzeugungssystem zu schneiden, das in geeigneter Weise mit entsprechenden Stufen für die
Überführung des Strahls auf atmosphärischen Druck ausgestattet ist, ohne eine Röntgenstrahlenabschirmung verwenden zu müssen; eine
verhältnismäßig leichte Blei-/Gummischürze für die Bedienungsperson stellt die ganze erforderliche Abschirmung dar. Praktisch und
wirtschaftlich gesehen stellt dies einen erheblichen Vorteil für ein frei im Gelände bewegliches Strahlerzeugungssystem zum
Schneiden von Gestein dar.
' Bei allen folgenden Betrachtungen ist davon auszugehen, daß der
Begriff Elektronenstrahlerzeugungssystem gleichzeitig auch die mögliche Verwendung von lonenstrahlerzeugungssystemen umfaßt.
In Verbindung mit der Schaffung dieser Erfindung wurde erkannt, daß die Energie-Wechselwirkung zwischen demGestein und dem Korpuskularstrahl
sich von der Energiezufuhr durch thermische Strahlung oder den physikalischen Vorgängen der Explosion unterscheidet
und auch nicht den damit zusammenhängenden Beschränkungen unterliegt. Auf die Gesteinsöberflache einwirkende Wärmeenergie führt
zur Abgabe von Dämpfen der zerfallenden Produkte, beispielsweise von Wasserdampf, der durch absorbiertes Wasser oder durch die
Freigabe des chemisch gebundenen sogenannten Kristallwassers erzeugt
wird. Wenn diese Verdampfung stärker wird, führt sie zu
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einer Blaswirkung, so daß eine Flamme oder ein anderes Heizmedium aus seiner ursprünglichen Richtung abgelenkt würde; wenn der
Dampf mit Staub und den Durchtritt von Licht- oder Wärmestrahlung verhindernden Partikeln gemischt wird, so bildet dieser Dampf
eine wirksame Sperre, die die darunterliegenden Gesteinsschichten vor der Einwirkung der von der Flamme oder durch Wärmestrahlung
abgegebenen Wärme schützt. Dies ist nicht der Fall, wenn die Energiezufuhr mittels eines Elektronen- oder Ionenstrahls erfolgt.
Der Partikelstrahl überträgt seine Ernergie an den von ihm beaufschlagten
Stoff proportional zu der Flächendichte dieses Stoffes,
2
wie sie beispielsweise in g/cm ausgedrückt werden kann. Es ist dabei unerheblich, ob es sich bei diesem Stoff um ein Gas, um Dampf oder einen Feststoff handelt. Beim Durchgang durch die vorstehend erwähnte, von der Gesteinsoberfläche ausgehende Dampfschicht verliert der Partikel- oder Korpuskularstrahl nur einen kleinen Bruchteil seiner Energie in dieser Dampfzone, während der überwiegende Teil der Energie weiter auf den darunter befindlichen Feststoff einwirkt. Beim Eindringen der Partikel in den Feststoff handelt es sich um einen Vorgang, der in keinerlei Zusammenhang mit Wärmeleitung oder Explosion steht. Die Energiedurchdringung kann schneller stattfinden, als wenn die Energie durch Wärmeleitung übertragen werden müßte. Ebenso bleibt es ohne Bedeutung, ob sich die Parameter für die Wärmeleitung bei der Dampfbildung ändern oder nicht. Alle von dem Dampf hervorgerufenen hydrodynamischen Wirkungen, die beispielsweise die weiter oben erwähnte Flamme beeinträchtigen, bleiben bei Energiezuführung durch Kox'pusku lar strahlen ohne Einfluß. Die Geschwindigkeit der Korpuskularteilchen in einem Elektronen- oder Ionenstrahl ist so hoch, daß aerodynamische Erscheinungen wie Turbulenz des Dampfes ebenfalls zu keiner Beeinflussung des Strahles bzw. des Energieflusses in dem Strahl führen können. Tatsächlich scheint der Dampf, insbesondere der durch das häufig in dem Gestein, dem Beton oder anderem Material vorhandene Wasser hervorgerufene Dampf bei seinem heftigen Verlassen des Bombardierungsgebietes dazu beizutragen, die schwereren Bestandteile des zerkleinerten Gesteins zu entfernen und damit den Arbeitsablauf erheblich zu unterstützen.
wie sie beispielsweise in g/cm ausgedrückt werden kann. Es ist dabei unerheblich, ob es sich bei diesem Stoff um ein Gas, um Dampf oder einen Feststoff handelt. Beim Durchgang durch die vorstehend erwähnte, von der Gesteinsoberfläche ausgehende Dampfschicht verliert der Partikel- oder Korpuskularstrahl nur einen kleinen Bruchteil seiner Energie in dieser Dampfzone, während der überwiegende Teil der Energie weiter auf den darunter befindlichen Feststoff einwirkt. Beim Eindringen der Partikel in den Feststoff handelt es sich um einen Vorgang, der in keinerlei Zusammenhang mit Wärmeleitung oder Explosion steht. Die Energiedurchdringung kann schneller stattfinden, als wenn die Energie durch Wärmeleitung übertragen werden müßte. Ebenso bleibt es ohne Bedeutung, ob sich die Parameter für die Wärmeleitung bei der Dampfbildung ändern oder nicht. Alle von dem Dampf hervorgerufenen hydrodynamischen Wirkungen, die beispielsweise die weiter oben erwähnte Flamme beeinträchtigen, bleiben bei Energiezuführung durch Kox'pusku lar strahlen ohne Einfluß. Die Geschwindigkeit der Korpuskularteilchen in einem Elektronen- oder Ionenstrahl ist so hoch, daß aerodynamische Erscheinungen wie Turbulenz des Dampfes ebenfalls zu keiner Beeinflussung des Strahles bzw. des Energieflusses in dem Strahl führen können. Tatsächlich scheint der Dampf, insbesondere der durch das häufig in dem Gestein, dem Beton oder anderem Material vorhandene Wasser hervorgerufene Dampf bei seinem heftigen Verlassen des Bombardierungsgebietes dazu beizutragen, die schwereren Bestandteile des zerkleinerten Gesteins zu entfernen und damit den Arbeitsablauf erheblich zu unterstützen.
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- ίο -
Die thermischen Eigenschaften des Gesteins üben auf die von einem
Korpuskularstrahl erzeugte Wärmeenergie und daher auch auf den von einem Korpuskularstrahl hervorgerufenen Schmelz- und Verdampfungsprozeß
einen sehr kleinen Einfluß aus. Die erforderliche Schmelztemperatur bestimmt teilweise die für eine bestimmte
Schnittgeschwindigkeit benötigte Gesamtenergie. Der Korpuskularstrahl kann, da er durch keine hydrodynamischen Vorgänge beeinträchtigt
wird, eine viel höhere Energiedichte als beispielsweise eine Strahlflamme (jet flame) aufrechterhalten. Er kann daher ,jede
Art von Gestein verdampfen und sich selbst einfach auf der P Verdampfungsbasis allein in das Gestein bohren. In vielen Fällen
erfährt dieser Bohrvorgang durch weiteres Platzen undSpringen des Gesteins in der wärmebeaufschlagten Zone eine Beschleunigung. .
Dieses günstige Verhalten von Korpuskularstrahlen im Vergleich zu Flammen zeigt sich auch dann, wenn die Quelle für den Dampf, der
eine Erwärmung mittels Flammen verhindern kann, nicht allein durch chemischen Verfall des Gesteins, sondern beispielsweise auch
durch von außen in den Bohrbereich eindringendes Wasser gebildet wird. Während eine Wasserschicht die Zufuhr von Wärme in ausreichender
Größe von einer Strahlflamme her gegebenenfalls verhindert,
trifft dies bei Verwendung eines Elektronenstrahls nicht zu, >da die Energiedichte eines Elektronen- oder Ionenstrahls groß genug
ist, um jede in die Wärmeaustauschζone einströmende Wassermenge
zu verdampfen. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Gestein zu schneiden und zu bohren, das bisher jedem
herkömmlichen Bohren mittels des die Sauerstoff-Strahl!laixna verwendenden
Strahl-Durchbohrungsverfahrens widerstanden hat. Insbesondere beim Ausarbeiten von Tunneln kann der Strahl angewinkelt
auf die Tunnelfläche gerichtet werden, so daß sich dann dreieck-
, „ anschließend formige Stücke entfernen lassen. Daran/können dann Segmente der
Tunnelfläche herausgeschnitten werden.
Es ist zu betonen, daß man beim Arbeiten mit einem Korpuskularstrahl
nicht allein oder auch nur vorwiegend auf Wärmeleitung angewiesen ist, wenn Gestein zerkleinert werden soli» Vielmehr
dringen die Elektronen oder Ionen unabhängig von der Wärmeleit-
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- li -
ffthigkeit des Gesteins selbst oder einer gegebenenfalls bei der
Zerlegung des Gesteins gebildeten Oberflächenlage in das Gestein
ein, wobei sie auch ihre Energie ebenso unabhängig abgeben. Ein Elektronenstrahl läßt sich mit Erfolg zur Durchführung eines sog.
"Schmelzschnittes" einsetzen, wie das auch schon praktisch durchgeführt
wurde. Das Gestein wird geschnitten, indem ein schmaler und tiefer Schlitz mit Hilfe des Elektronenstrahls eingeschmolzen
wird. Ein typischer Schnitt dieser Art kann etwa 5 cm tief und 3 - 10 mm breit sein. Während sich dieses Schmelzschneid-Verfahren
für jede Gesteinsart, ob weich oder hart, einsetzen läßt, gibt es besondere Gesteinsarten, die auch infolge von Wärmespan*·
nungen springen. In diesem Fall haben die üblicherweise gebrauchten
Elektronenstrahlen eine Strahlspannung von 150 kV und dienen dann dazu, zunächst von der Oberfläche aus ein Loch zu bohren
oder einen Schlitz durch Schmelzschneiden herzustellen, so daß die Energie langsam tiefer und tiefer unter die Oberfläche des
Gesteins gefördert wird. Die der Wand und durch die Wand des Loches
oder des Schlitzes zugeführte Wärme führt schließlich dazu, daß selbst große Gesteinsbrocken infolge von Wärmespannungen zu
großen Stücken zerplatzen.
Das Schneiden oder Trennen mit Hilfe von Elektronenstrahlen ist wirksamer als das Schneiden mit Flammen, weil die Schnitte enger
gehalten werden können; es ist naturgemäß unwirtschaftlich, bei der Zerkleinerung große Gesteinsraengen zu schmelzen. Mit Hilfe
von zwei tiefen, einen Winkel einschließenden Einschnitten können große Materialblöcke aus einer Gesteinsfläche herausgetrennt
werden, wobei nur ein Bruchteil dieses Gesteinsvolumens geschmolzen
zu werden braucht.
Ein Elektronenstrahl hat die Eigenschaft, daß seine Elektronen, wenn der Strahl auf einen Absorber trifft, ihre Energie über eine
Eindringtiefe verlieren, deren Größe von dem Absorber abhängt. Diese Strecke wird als Bereich bezeichnet. Der Hauptanteil der je
Volumeneinheit freigegebenen Energie wird nicht an der Oberfläche des Absorbers, sondern in einer Tiefe von etwa 1/3 bis 2/£ des
Bereiches abgegeben. Die Energieverteilung über die Tiefe erfolgt
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entsprechend der sog. Tiefendosis oder Energiefreigabefunktion.
Je höher die Beschleunigungsspannung des Elektronenstrahles, d. h. die kinetische Energie der Elektronen des Strahles ist, desto
weiter unterhalb der Fläche des Absorbers liegt der Scheitel dieser Energiefreigabefunktion. Für 150 kV-Strahlen befindet sich der
2 2
Scheitel der Energiefreigabefunktion etwa 2 - 3 χ 1O~ g/cm unter·
halb der Oberfläche. Für Elektronenstrahlen von 5-50 Millionen V
2 liegt der Scheitel in einer Tiefe von 2-10 g/cm entsprechend
einer linearen Tiefe von 0,2 - 0,6 cm.
^ 2
P Die Tiefe wurde vorstehend in g/cm ausgedrückt, um die Dichte des
2 Absorbers zu berücksichtigen. Der vorstehend in g/cm angegebene
Wert ist die Eindringtiefe multipliziert mit der Dichte, d. h.
3 2
Tiefe in cm χ g/cm = Tiefe in g/cm .
Bei Gesteinsarten, die infolge Wärmespannungen platzen bzw. eine Spaltung erfahren, ist es vorteilhaft, mit Elektronenstrahlen zu
arbeiten, deren Spannung so hoch wie das in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung möglich ist, z,, um ein Maximum
an Energiefreigabe tief unter der Oberfläche ohne unnötige Aufheizung der Oberfläche zu erhalten. Diese Energiefreigabe unterhalb
der Oberfläche ähnelt einer kleinen Explosion unter der Oberfläche. Sie hebt die Oberflächenschichten mit einem Minimum an Energie-
* verlust an die Oberflächenschichten an. Sie ruft Zugspannungen in
den Oberflächenschichten hervor, und alle Gesteinsarten sind gegenüber
Zugspannungen wesentlich weniger widerstandsfähig als
gegenüber Scher- oder Druckspannungen. Durch einen derartigen Einsatz von Elektronenstrahlen wird der oben erwähnte Vorzug von
Elektronenstrahlen gegenüber Flammen oder Plasmabrennern beibehalten,,
da keine Abhängigkeit von Wärmeleitung, Wärmeleitparametern
oder dergleichen besteht. Wo immer dieses thermische Aufspalten des Gesteins von innen her nach außen sich einsetzen läßt, führt
es zu einer viel günstigeren Ausnutzung der Energie als das beim Schmelzen großer Volumina der Fall ist. Um aus dieser Anwendungsmöglichkeit der Erfindung den vollen Nutzen zu ziehen, wird vorteilhafterweise
mit Elektronenstrahlspannungen gearbeitet, die so
hoch wie möglich sind. Zum Aufbrechen von Gestein, das gegenüber
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Wärmespannungen empfindlich ist bzw. sich spalten läßt, werden
Spannungen von 1 Million bis 100 Millionen V eingesetzt. Dabei können die Elektronenstrahlen auch gepulst werden. Die Energie
für jeden einzelnen Strahlimpuls kann so gewählt werden, daß das Gestein nicht schmilzt, aber genügend Energie vorhanden ist, um
ein bestimmtes Volumen ausreichend weit unterhalb der Oberfläche soweit zu erhitzen, daß das Gestein springt oder platzt, ohne
aber zu schmelzen. Je kürzer (für eine bestimmte Energie) der Strahlimpuls ist, desto besser ist die Energieausnutzung, weil
die Verluste infolge Wärmeleitung einen langsamen, diffusen Vorgang darstellen. Elektronenstrahlen eignen sich besonders gut Ur
eine feine Steuerung der Energieabgabegeschwindigkeit sowie der Gesamtenergie.
In Durchführung der Erfindung kann auch ein Glaskörper oder dergleichen
in Abschnitte zertrennt werden. Dieses Zertrennen läßt sich in besonders wirksamer Weise unter Wasser mit einer Vorrichtung
durchführen, die in der Lage ist, konzentrierte Elektronenstrahlen hoher Energie abzugeben, Die Strahlauslaßdüse der Vorrichtung
ist etwa 3 mm bis 12 ram von der Oberfläche des Glaskörpers
entfernt. Zur Herstellung eines Schnittes wird das Glas im Verhältnis zu dem Strahl mit einer Geschwindigkeit von 25 - 150
cm/min bewegt.
Wird der Körper, beispielsweise eine Fensterscheibe, vorerhitzt, so kann er in Luft geschnitten werden, jedoch entsteht an der
Schnittstelle eine abgerundete Wulst.
Die Erfindung wird nachstehend zusammen mit weiteren Merkmalen anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen
Zeichnung erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 teilweise schematisch einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung;
Fig, 2-7 ähnliche Ansichten wie Fig. 1 von weiter abgewandelten
Ausführungsbeispielen der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Korpuskularstrahls
E, der in die Atmosphäre austritt und ein Werkstück W beaufschlagt, das von einer zu schneidenden, zu zerkleinernden oder
aufzubrechenden Steinformation gebildet wird. Der Strahl E ist
stark vergrößert wiedergegeben.
Die Vorrichtung weist einen Strahlgenerator 11 auf, bei dem es
sich typischerweise um einen herkömmlichen Elektronenstrahlgenerator handeln kann. Der Generator 11 steht mit einem Zentralrohr 13
in Verbindung, das aus Kupfer oder Wolfram bestehen kann und W durch dessen Mitte der Strahl sich fortpflanzt. Das Zentralrohr
13 geht in eine düsenartige Öffnung 15 über, durch die der Strahl E in die Atmosphäre austreten kann. Die düsenartige Öffnung 15
ist von einem ringförmigen Mantel 17 umgeben, der aus Stahl oder Eisen bestehen kann und zur magnetischen Abschirmung dient. Dieser
Mantel 17 geht an seinem unteren Ende in eine über die öffnung 15 hinausragende düsenartige Öffnung 19'über. Der konische Zwischenraum
21 zwischen der Öffnung 15 und der Innenfläche der Öffnung ist eingeschnürt, um so eine Düsen- bzw. Strahlwirkung herbeizuführen.
Über ein Einlaßrohr 23 wird dem Mantel 17 Wasser oder Dampf zugeführt.
Das Wasser kann mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,1 10 1/sec bei einem Druck von etwa 1-5 atü zugeführt werden,
während der Dampf mit einer Geschwindigkeit von etwa 22,7 - 454
p/sec (0,05 - 1 pound/sec) und mit einem Druck von etwa 0,2 - 10
atü zugeführt werden kann. Der Dampf- oder Wasserstrahl erzeugt in
dem Bereich zwischen der düsenartigen Öffnung 15 und dem Werkstück W ein Teilvakuum und hält gleichzeitig auch in dem Zentral
rohr 13 ein Teilvakuum aufrecht. Um mit Sicherheit auszuschließen, daß Luft aus der Atmosphäre in das Rohr 13 zurückgelangt, wird
durch die Zuleitung 24 ein inertes Gas zugeführt, dessen Zustrom über ein Nadelventil 26 gesteuert wird. Die Schneidfront 25 des
in das Werkstück W eindringenden Strahles E wird durch das Teilvakuum zwischen der Öffnung 15 und der Zone der Reaktion zwischen
dem Strahl E und dem Werkstück W verlängert. Darüber hinaus ist der Gesamtquerschnitt des Rohres 13 und des Mantels 17 klein, so
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daß der Mantel 17 mit dem Rohr 13 in das Werkstück W eindringen kann. Es läßt sich dann ein Schnitt 27 mit einer Breite von etwa
3 mm bis etwa 12 mm herstellen. Soweit Wasser verwendet wird, wird der beim Schneiden auftretende Abfall durch den Wasserstrahl
weggespült.
Wenn Wasser durch den Mantel 17 strömt, so ergibt sich die das Teilvakuum erzeugende Strahlpumpwirkung aus dem Austritt des Wassers
durch den eingeschnürten Bereich der düsenartigen Öffnung 19, die in dem konischen Endabschnitt des äußeren Mantels 17 liegt.
Das innere Rohr 13 mündet an seinem unteren Ende in einen konischen Bereich aus, an dessen Spitze sich die düsenartige Öffnung
15 befindet. Infolge der konischen Gestaltung im Bereich der öffnungen
15 und 19 erfährt der für die Wasserströmung zur Verfügung stehende Kanal in dem konischen Bereich eine Verengung. Dadurch
wird die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers erhöht, so daß durch die Öffnung 19 ein Wasserstrahl mit hoher Geschwindigkeit
tritt. Dieser Wasserstrahl hoher Geschwindigkeit hindert atmosphärische Luft daran, in die Öffnung 19 einzudringen. An der Rückseite
der Strömungslinien des Wassers steht die Öffnung 15 mit nitiera
Gebiet niedrigen Drucks in Verbindung, da sämtliche Wassermoleküle eine beträchtliche Geschwindigkeit in Abwärtsrichtung besitzen.
In der Tat übt der Wasserstrahl auf die Öffnung 15 die gleiche Pumpwirkung aus wie das längs seines Umfangs in einer herkömmlichen
Wasserstrahl-Vakuumpumpe der Fall wäre. Wie ersichtlich, wird innerhalb des inneren Rohres ein Halbvakuum geschaffen. Der Vakuumwert,
auf den das innere Rohr evakuiert wird, hängt naturgemäß von den jeweiligen Strömungsverhältnissen des Wasserstrahls
ab. Mit kaltem Wasser kann ein Vakuum in der Größenordnung von 15 - 20 Torr erreicht werden.
Höhere Vakua lassen sich erzielen, wenn statt mit Wasser mit Dampf
gearbeitet wird.
Wenn die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung mit Dampf arbeitet, kann in dem inneren Rohr ein Halbvakuum in der Größenordnung vor 1 Torr
oder weniger erreicht werden. Das Halbvakuum im inneren Rc· w kann
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mit Hilfe von Gas auf einem bestimmten Wert gehalten werden, das über die Zuleitung 24 zugeführt wird, wobei das Nadelventil 26
eine Einstellung der jeweils zuzuführenden Gasmenge ermöglicht.
Die mit Fig. 1 veranschaulichte Vorrichtung kann mit einem sehr
kleinen Gesamtdurchmesser gebaut werden. Das innere Rohr 13 braucht beispielsweise nur einen Innendurchmesser zu haben, der
gerade weit genug ist, um den Durchtritt des KorpuskularStrahls E
zu gestatten. Dazu reicht ein Durchmesser aus, der bis zu 3 mm klein sein kann. Der Durchmesser des Mantels 17 kann dann in der
Größenordnung von 12 mm liegen. Da die von dem Wasserstrahl oder dem Dampfstrahl hervorgerufene Pumpwirkung am unteren Ende des
inneren Rohres 13 stattfindet, strömt kein Gas durch das innere Rohr, so daß sein Durchmesser auch nicht auf die Aufnahme eines
Gasstroms abgestimmt zu sein braucht. Diese Situation unterscheidet sich von dem Fall, wie er in einem Strahlübertragungssystem
(beam transfer system) mit konzentrisch angeordneten Pumpleitungen
auftritt.
In dem Halbvakuum innerhalb des inneren Rohres 13 kann der Strahl E nennenswerte Strecken ohne unzulässige Dämpfung durchlaufen.
Mit Rücksicht auf das zwar schwache,aber unvermeidliche Streuen von Partikeln gegen die Wandung des inneren Rohres 13 empfiehlt es
sich, das innere Rohr aus einem hitzebeständigen Material mit guter thermischer Leitfähigkeit, beispielsweise Kupfer oder Wolfram,
herzustellen. Um eine bessere Korrosionsbeständigkeit zu erhalten,
kann ein mit Wolfram plattiertes Kupferrohr oder Tantal oder Molybdän verwendet werden. Dabei ist es vorteilhaft, daß das
innere Rohr von dem innerhalb des Mantels 17 strömenden Wasser oder Dampf gekühlt wird. Infolge dieser Kühlung können das Rohr
und der Mantel 17 viel länger ausgeführt werden, als das ohne diese Kühlwirkung möglich wäre.
Mit Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
bei dem ein inneres Rohr 31 mit einer Kapillaröffnung 33 versehen ist, durch die der Strahl E zu dem Werkstück W
gelangt. Der Strahl tritt durch die untere düsenartige Öffnung
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eines zur Erzeugung des Korpuskularstrahls dienenden Systems 35 aus, das in einer mit Hilfe eines Pumpsystems 39 evakuiert gehaltenen
Kammer 37 untergebracht ist. Das Rohr 31 steht mit der Kammer 37 in Verbindung und führt den Strahl E. Der Strahl E wird
durch eine Linse 41 fokussiert, so daß in der Kapillaröffnung 33 ein Brennpunkt 43 entsteht. Ein ringförmiger Kanal 49 umgibt das
innere Rohr 31, durch das Wasser, Dampf, Luft oder ein anderes Flud gefördert wird, so daß es in dem eingeschnürten konischen
Bereich 45 zwischen der Kapillaröffnung 33 und einer Düsenöffnung 47 zu einer Strahlpumpenwirkung kommt.
Die Kapillaröffnung 33 kann einen Durchmesser von zwischen 1 mm
und 2 mm sowie eine Länge von zwischen 12 mm bis 50 mm haben. Durch den gegen den atmosphärischen Druck arbeitenden Wasser- oder
Dampfstrahl wird in der Kapillaröffnung 33 ein reduzierter Druck p- erzeugt. Der weitere Bereich des Rohres 31 kann einen Durchmesser
von etwa 12 mm aufweisen. An seinem oberen Ende ist das Rohr 31 mit der Kammer 37 vereinigt. Durch das Pumpsystem 39
wird der Druck in dem weiteren Bereich des inneren Rohres 31 reduziert, so daß am unteren Ende ein Druck p_, am oberen Ende ein
Druck ρ«1 und an der Übergangsstelle zwischen Kammer 37 und Pumpsystem
39 ein Druck ρ " herrscht. Infolge der von der engen Kapillaröffnung
33 am Ende des inneren Rohres 31 hervorgerufenen Strömungsbegrenzung ist der Druck p„ niedriger als der Druck ρ .
Der Abschnitt des Strahles durch das innere Rohr 31 wird als Drift-Länge
L bezeichnet. Der Druck längs der Drift-Länge L wird durch das Vakuum-Pumpsystem 39 und durch die enge Kapillaröffnung 33
am unteren Ende des inneren Rohres 31 verringert. Die Streuung des Strahls E längs der Drift-Länge L ist geringer als in dem entsprechenden
Teil der Vorrichtung der Fig. 1. Während die Gesamtlänge des geschwächten Teils der Vorrichtung der Fig. 1 60-90
cm beträgt, kann die Vorrichtung der Fig. 2 insgesamt eine Drift-Länge L in der Größenordnung von 180 - 360 cm haben. Ein automatisches
Strahlrichtsystem, das in der Zeichnung zwar nicht dargestellt/ aber zum Stand der Technik gehört, kann verwendet werden,
um den Strahl E in döm Rohr 31 und der Kapillaröffnung 33 zu
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zentrieren.
Fig. 3 weist eine zweite Kapillaröffnung 51 auf, die im Abstand
von der Kapillaröffnung 33 angeordnet ist. Zwischen der Kapillaröffnung
51 und der Kapillaröffnung 33 liegt eine Kammer 53, in dir·
eine kleine Menge eines (normalerweise inerten) Gases über eine
Leitung 55 eingespeist werden kann.
Die zweite Kapillaröffnung 51 sorgt dafür, daß der Druck p~
(durch Drosslung des Pumpsystems 39 ο. dgl.) höher als der Druck p- gehalten werden muß. p^ ist der Enddruck der Saugpumpenanordnung.
Wenn p„ nicht wesentlich höher als p- ist,, wird Flud von
dem ringförmigen Kanal 49 in das der DriftrLänge L entsprechende Gebiet eingezogen. Das in die Kammer 53 eingespeiste Gas gewährleistet,
daß der Druck p« größer als der Druck p-. ist. Dieser Aufbau
gewährleistet auch eine genau definierte Gaszusammensetzung in der Kammer 37, in der es zu keiner Wasserdampfbildung kommt.
Bei einem weiteren, mit Fig. 4 veranschaulichten Ausführungsbeispiel
der Erfindung umgibt den Kanal 49 ein zweiter ringförmiger Kanal 61. Der zweite Kanal 61 mündet in eine konische Düse 63
aus, die zwischen sich undder Düsenöffnung 47 einen weiteren eingeschnürten
kontehen Bereich 65 einschließt. Dem äußeren ringförmigen
Kanal 61 wird Wasser mit dem oben angegebenen Druck und mit der oben erwähnten Geschwindigkeit zugeführt, während der innere
Kanal 49 bei den oben angegebenen Drücken und Geschwindigkeiten mit Dampf gespeist wird.
Der Wasserstrahl arbeitet gegen atmosphärischen Druck, wobei in seinem rückwärtigen Sogbereich ein Druck in der Größenordnung von
20 Torr herrscht. Der Dampfstrahl arbeitet gegen den im Sogbereich des Wasserstrahls herrschenden Druck von 2O Torr und pumpt
daher das Gas aus dem inneren Rohr 31 mit einem größeren Wirkungsgrad; typischerweise kann der Druck p- am unteren Ende des inneren
Rohres von dem mit einem einstufigen Dampfstrahlsystem (Fig.
3) erzielbaren Druck von einigen Torr mit diesem zweistufigen
Strahlsystem auf einen Druck von weniger als 0,1 Torr herabgesetzt
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werden. Der Dampf des inneren Strahles mischt sich mit dem Wasser des äußeren Strahles, ohne daß dabei irgendwelche Probleme entstünden.
Dabei muß darauf geachtet werden, daß das konzentrisch zu dem Dampf des inneren Strahles strömende Wasser des äußeren Strahles
keine so weitgehende Kühlwirkung auf den Dampf ausübt, daß es zu einer Kondensation kommt. Das kann durch Anordnung einer ausreichenden
thermischen Isolierung (nicht dargestellt) zwischen den Kanälen 49 und 61 vermieden werden.
Bei einem weiteren, mit Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Teilvakuum von einem wandernden Brenngas wie
in einem Azetylenbrenner erzeugt. Die Vorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist ein inneres Rohr 71 auf, durch das sich
der Strahl E erstreckt und das, ähnlich wie bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 3 und 4, mit Kapillarabschnitten 73 und 75 versehen
ist. Das innere Rohr 71 ist von hohlzylindrischen Kanälen und 79 umschlossen. Durch den inneren Kanal 77 wird ein Brennstoff
wie beispielsweise Methan, Wasserstoff, Alkohol, Benzin, Azetylen zugeführt, während durch den äußeren Kanal 79 Sauerstoff in flüssiger
oder Gasform bzw. Luft geleitet wird. Der äußere Kanal 79 ist mit einem einspringenden Abschnitt 81 versehen, der zusammen
mit der konischen Öffnung 84 des Kanals 77 eine Einschnürung 83
begrenzt. Der einspringende Abschnitt 81 mündet in eine Mischkammer 85, in der der Brennstoff und der Sauerstoff gemischt werden.
Der Brennstoff wird beim Austritt aus der Kammer 85 gezündet und erzeugt durch Strahlpumpenwirkung zwischen der Mündung und der
Reaktionszone ein Vakuum. Das Vakuum wird durch die von der Flamme erzeugte Hitze verbessert. Der die Vorrichtung verlassende
Korpuskularstrahl E ist lang und hat eine große Eindringtiefe.
Die schnelle Ausdehnung des Gases bei dem Verbrennungsprozeß erzeugt
eine wirksame Strahlflamme, die aus der Düse 87 austritt. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Gases, d. h. der Druck, mit
dem das Gas zugeführt wird, richtig eingestellt ist, strömt das Gas der Mischkammer 85 nach unten aus der Düse heraus, so daß die
Flamme nach außen hin, nicht aber zurück zum inneren Rohr <■. ,η
brennt. Die Brennwirkung und die Ausdehnung des Gases bei ?-sm Ver-
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bronnungsvorgang werden zur Erzielung einer zusätzlichen Pumpwirkung
mit Hilfe des Gases ähnlich der Pumpwirkung bei einer Strahlpumpe ausgewertet. Im Betrieb kann entweder die Vorrichtung
im Verhältnis zu dem Werkstück W oder aber das Werkstück W im Verhältnis zu der Vorrichtung bewegt werden. Die Vorrichtung wird so
gehalten, daß das Rohr 71 und die Kanäle 77 und 79 (sowie der Strahl E) gegenüber dem Werkstück einen kleinen voreilenden Winkel
aufweisen, d. h. die Vorrichtung ist in Richtung des noch ungeschnittenen Werkstückes W geneigt, wie das in Fig. 5 gezeigt ist.
Der Pumpstrahl der vorstehend erläuterten Vorrichtung kann so gestaltet
sein, daß er außerhalb der Düse einen leistungsfähigen
Strahl hoher Geschwindigkeit erzeugt, der leistungsfähiger ist,
als das für die Pumpwirkung selbst benötigt wird. Die hydrodynamische Leistung dieses Strahls kann dann vorteilhaft zur Unterstützung der Schneidwirkung des Korpuskularstrahls E selbst verwendet
werden. Der Strahl bläst das von dem Korpuskularstrahl geschmolzene Material beiseite und verhindert damit dessen Wiederverfestigung
bzw. das Auftreten von die Strahlausgangsdüsen beeinträchtigenden Störungen.
Der Hochdruckwasserstrahl kann ebenso wie beispielsweise eine Wasserstoff-/Sauerstoffflamme unter Wasser aufrechterhalten werden.
Die vorstehend beschriebene Vorrichtung ist in der Lage, Stein ebenso unter Wasser wie in Luft zu schneiden.
Fig. 6 zeigt eine weitere Vorrichtung zur Erzeugung der Pumpwirkung,
bei der der Gasstrom zwischen einer Auslaßdüse 141 der Vorrichtung und dem Werkstück W mittels einer Plasmaflamme oder eines
Plasmastrahls 143 gedämpft bzw. geschwächt wird.
Die Vorrichtung der Fig. 6 weist ein System 145 zur Erzeugung
eines KorpuskularStrahls E auf, das einmal eine Stufe 147, in der
der Strahl E erzeugt wird, ferner eine Endstufe 149 enthält, durch die der Strahl E über unterschiedlich gepumpte Kammern 151 und 153
in die Atmosphäre geleitet wird. Die Vorrichtung der Fig. 6 umfaßt ferner einen Y-förmigen Plasmagenerator 161. Der Brenner hat hohle
Arme 163 und 165, die in Elektroden 167 und 169 ausmünden, zwischen
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denen ein zur Ausbildung eines Lichtbogens ausreichendes Potential
wirksam ist. Die Elektroden 167 und 169 sind gegenüber den zugehörigen Armen 163 und 165 mittels Isolierringen 171 bzw. 173 isoliert.
Durch eine Zuleitung 175 wird dem Arm 165 ein geeignetes Gas zugeführt, das unter einem überatmosphärischen Druck steht.
Ebenso kann Gas durch den Arm 163 zugeführt werden. Das Gas kann inert sein, beispielsweise Helium, Argon oder Stickstoff oder ein
Gemisch aus diesen Gasen mit weiteren Gasen wie beispielsweise Argon und Wasserstoff. Die Arme 163 und 165 sind mit der Kammer
153 dicht verbunden und bilden einen Teil dieser Kammer.
Ein Austrittsstutzen 181 des Generators 161, der normalerweise
wassergekühlt ist und eine erhebliche Länge hat, ist koaxial zu der Düse 141 angeordnet und kann tatsächlich die Düse sein. Der
Strahl E läuft durch die Mitte des Auslaßstutzens 181 und damit durch den Plasmastrahl 143.
Bei Betrieb dieser Anordnung wird zunächst ein Lichtbogen zwischen
den Elektroden 167 und 169 gezündet, so daß Plasma durch den Austrittsstutzen 181 gelangt, das den Lichtbogen einschnürt. Die
Strahl-Auslaßdüse 141 des Systems 145 ragt in den Austrittsstutzen
181. Der Strahl E tritt durch den Stutzen 181 koaxial mit dem Plasmastrahl 143 aus. Das aus dem Auslaßstutzen 181 ausdringende
Plasma ruft eine Strahlpumpemvirkung hervor und heizt das Gas zwischen der Auslaßdüse 141 und dem Werkstück W auf.
Fig. 7 zeigt eine abgewandelte Vorrichtungfcur Erzeugung eines
Elektronenstrahls E in der Atmosphäre, die ein Elektronenstrahlerzeugungssystem
211 mit einer Stufe 213 aufweist, in der der Elektronenstrahl E erzeugt wird, sowie die herkömmliche Endstufe
215, durch die der Strahl E über unterschiedlich gepumpte Zwischenkammern 217 und 219 in die Atmosphäre gebracht wird. Die eine
Kammer 217 wird über ein Rohr 218 abgepumpt. Bevor der Strahl E in·die Atmosphäre eindringt, gelangt er in die zweite Zwischenkammer
219, in die Gas mit überatmosphärischem Druck durch ein Rohr 221 eingeleitet wird. Das Gas und der Strahl E treten durch
die Düse 223 aus, von wo aus der Strahl E dann das zu schneidende
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Werkstück W beaufschlagt, bei dem es sich um Stein, Glas oder
dergl. handeln kann.
Wo der Schnittvorgang unter Wasser ausgeführt werden soll, hindert
der in der Zwischenkammer 219 herrschende Druck das Wasser daran, in das Innere des Strahlerzeugungssystems einzudringen. Der Di'uck
des durch das Rohr 221 zugeführten Gases kann hoch genug eingestellt werden, um den Wasserdruck zu übersteigen, wenn die Schneidarbeit
in erheblicher Tiefe unter Wasser erfolgen soll,
fc Unterhalb der Strahlauslaßdüse 223 ist zwischen der genannten Düse
223 und dem Werkstück W eine weitere Düse 231 angeordnet, die mit einer Fludquelle 233 verbunden ist, von der aus sie mit einem Flud
wie Wasser, Dampf oder Gas versorgt wird. Ein Hochdruckstrahl dieses Fluds ist seitlich auf die Reaktionszone 235 des Strahls E
und des Werkstücks W gerichtet, der dabei den geschmolzenen Stein oder Lava, das pulverisierte Material und Dämpfe, wie sie beim
Schneiden entstehen, wegbläst. Dadurch wird verhindert, daß es zu einer Verstopfung der Düse 223 bzw. zu einem Eindringen der Abfallstoffe
in das System 211 kommt. Das geschmolzene Material wird
somit durch die von dem Fludstrahl ausgeübten hydrodynamischen Kräfte.weggeblasen, und die Schneidwirkung wird verbessert. Der
Strahl verhindert eine Wiederverfestigung des Steinmaterials in
ψ Glasform. Da der Gasstrahl unter einem nahezu rechten Winkel auf
den Elektronenstrahl E bläst, hindert er auch aus dem Stein herausgeschleudertes Material daran, die Düse 223 zu erreichen.
Wenn man aus der Düse 231 einen Wasserstrahl austreten läßt, kann
die von diesem Strahl auf das Werkstück W ausgeübte Kühlwirkung sich als unerwünscht erweisen, da der Schneidvorgang an sich auf
Erhitzung und Schmelzen des Steins durch den Korpuskularstrahl beruht. Dieser Schwierigkeit kann durch eine intermittierende Wirkung
begegnet werden, indem der Elektronenstrahl einerseits und
der Wasserstrahl andererseits abwechselnd eingeschaltet werden. Statt dessen kann auch der Elektronenstrahl E intermittierend betrieben
werden, während der Strahl kontinuierlich arbeitet, um das Schneidgebiet ausreichend sauber halten zu können. Wenn genug
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Steinmaterial geschmolzen worden ist, kann ein Gasstrahl in bestimmten
Intervallen durch einen starken Wasserstrahl ergänzt werden, der das flüssige Material abtransportiert und gleichzeitig
durch seine abschreckende Wirkung thermische Spannungen erzeugt. Ebenso kann auch der Wasserstrahl intermittierend gepulst,
der Elektronenstrahl dagegen kontinuierlich zugeführt werden. Die letztgenannte Betriebsart wird in Verbindung mit dem oben
erwähnten sog. "thermischen Sprengen" ("thermal blasting") angewendet. Der Elektronenstrahl wird stationär gehalten, um in die
Steinfläche ein tiefes Loch zu bohren. Ein Fludstrahl wird aufrechterhalten, um das herausgeschleuderte Steinmaterial an einer
Beeinträchtigung oder Beschädigung der Düse des Elektronenstrahlerzeugungssystems
zu hindern. Nachdem mit Hilfe des Elektronenstrahls ein Loch von der gewünschten Tiefe gebohrt worden ist,
wird in dieses Loch ein Wasserstrahl gerichtet, um die weißerhitzten Wände dieses Hohlraumes abzuschrecken. Der resultierende thermische
Stoß schwächt oder zerreißt das Werkstück W, Dieser Vorgang kann wiederholt werden, indem das Elektronenstrahlerzeugungssystem
an eine neue, einige Zentimeter von der ersten Stelle entfernte Stelle verschoben xind dann der ganze thermische Sprenrrprozeß
von neuem vorgenommen wird.
Der von der Düse 231 austretende Strahl wird durch eine Strahlsteuerung
237, der Elektronenstrahl E dagegen durch eine Elektronenstrahlsteuerung
239 gesteuert. Die Steuerungen 237 und 239 können so eingestellt werden, daß der Fludstrahl einerseits und
der Elektronenstrahl andererseits kontinuierlich oder aber intermittierend bzw. bezüglich des Fludstrahles abwechselnd als Gasstrahl
oder als Wasserstrahl bzw. umgekehrt ausgestoßen werden. Der Elekti'onenstrahl und der Fludstrahl können während abwechselnder
intermittierender Intervalle zugeführt werden. Die Intervalle, während der der Strahl E zugeführt wird, dauern lang genug, um
mit nennenswerter Tiefe in das Werkstück W einzuschneiden, und das Intervall, während dessen der Fludstrahl zugeführt wird, dauert
lang genug an, um die Erzeugnisse der Reaktion wegzublasen. Diese intermittierenden Intervalle können einander überlappen.
Statt dessen kann auch der Elektronenstrahl intermittierend, der
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Fludstrahl dagegen kontinuierlich sein. In diesem Fall sollten die
Elektronenstrahlimpulse lang genug andauern, um Schnitte ausreichender Tiefe zu erhalten. Der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden
Pulsen soll groß genug sein, um die Reaktionsprodukte jeweils vor einem neuen Schnitt abblasen zu können. Es kann auch der Fludstrahl
intermittierend und der Elektronenstrahl E kontinuierlich sein. In diesem Fall sollen die Fludstrahlimpulse häufig genug
auftreten und lang genug andauern, um die Reaktionsprodukte abblasen zu können, so daß es zu keiner Verstopfung der Düse 223 oder
zu einem Eindringen in das System 211 kommen kann. Größere Mengen der Reaktionsprodukte sollten sich nicht ansammeln können.
Es ist wünschenswert, die Dichte des Gases zwischen der Strahlauslaß-Düse
der strahlerzeugenden Anordnung niedrig oder das Gas ausgedehnt (attenuated) zu halten. Das Gas wird durch den Elektronenstrahl
aufgeheizt, so daß seine Dichte sich verringert. Das von dem Elektronenstrahl durchsetzte Gasvolumen ist jedoch sehr klein
und wird fortlaufend durch turbulente Gasbewegung ersetzt, so daß auch der Gesamteffekt klein ist. Um die Ausdehnung nennenswert zu
verbessern, ist es wünschenswert, dieses Gas mit einer Flamme oder
einem Flammenbogen aufzuheizen. Die Gesamtenergie der Flamme braucht dabei auch nicht entfernt der Energie in dem Elektronenstrahl
zu entsprechen. Da die Wärmekapazität des Gases niedrig ist, ist die zu seiner Aufheizung - selbst auf sehr hohe Temperaturen erforderliche
Gesamtenergie nicht groß. Mit einem modernen Plasmabrenner wie er für das Schneiden von Metall verwendet wird, kann
man Gastemperaturen in der Größenordnung von 6000° K erreichen.
Dies entspricht einer Herabsetzung der Gasdichte von 1/20 und dementsprechend
einer Verringerung der Energie- und Streuverluste in dem Elektronenstrahl um 1/20. Der Arbeitsabstand zwischen dem
Elektronenstrahlsystem und dem Werkstück kann daher bis auf 25 nun
erhöht werden. Hinzu kommt, daß das heißere Gas eine niedrigere Strömungsgeschwindigkeit in die unterschiedlich gepumpten Kammern
219 des Elektronensystems mit sich bringt und damit die Anforderungen
an die Pumpkapazität herabsetzt.
Die Vereinigung einer Flamme oder von Plasma mit dem Elektronen-
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strahl stellt nicht lediglich eine reine Addition der durch beide Systeme zur Verfügung gestellten Leistungen dar. Typischerweise
kann eine Flamme Hitze an ein Werkstück W nur durch Wärmeleitung abgeben. Dabei handelt es sich jedoch um einen verhältnismäßig
langsamen und auch sonst nur beschränkt anwendbaren Vorgang. Demgegenüber gibt ein Elektronenstrahl seine Energie an ein Werkstück
ab, indem Elektronen in bis zu 1000 Atomlagen eindringen, ohne dabei auf irgendeine Form von Leitung oder einen Diffusionsvorgang
angewiesen zu sein. Es besteht ferner ein charakteristischer Unterschied zwischen der Energiezufuhr bzw. dem Energiefluß ,je
Flächeneinheit bei einem Elektronenstrahl einerseits und einer Flamme andererseits. Die Energieflußdichte eines Elektronenstrahles
liegt viele Größenordnungen höher als die Energieflußdichte
selbst des heißesten Plasmabrenners. Auch wird eine Flamme durch die Vorgänge, die sich auf der Oberfläche des von der Flamme beaufschlagten
Werkstückes abspielen, beeinflußt, während dies für einen Elektronenstx'ahl nicht zutrifft. Die Elektronen werden weder
durch von der Werkstückoberfläche ausgehende Dampf- noch Staubwolken
angehalten. Wenngleich die Wärme einer Plasmaflamme sich auf den Schneidvorgang günstig auswirkt, so darf trotzdem nicht
übersehen werden, daß die Flamme hauptsächlich dazu dient, einen größeren Arbeitsabstand zu erhalten.
Eine durch Verbrennung von Methan (CII4), Azetylen (CgH2), Wasserstoff
oder anderen in Verbindung mit Luft oder Sauerstoff brennbaren Werkstoffen erzeugte Flamme zur Ausdehnung (to attenuate)
des Gases kann dui'ch die Düse 231 oder über eine weitere, für diesen
Zweck vorgesehene Düse (nicht dargestellt) ausgesandt werden. Eine solche Düsenanordnung könnte den üblichen Mehrfachring-Aufbau
haben, wie er für Azetylenbrenner typisch ist. Die Flamme kann
auch in der Weise erhalten werden, daß das brennbare Gas und der Sauerstoff durch die Endstufe 215 der Fig. 7 umgebende Ringräume
zugeführt werden. In diesem Fall wird der Brennstoff über einen inneren Ring, der Sauerstoff dagegen durch einen äußeren Ring eingespeist.
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Zur weiteren Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung werden
nachstehend noch einige praktische Ausführungsbeispiele erwähnt:
Ein Elektronenstrahl von 140 - 150 kV und 5 kW wurde gegen (1)
eine Betonplatte, (2) einen Block aus mit grobem Kies versetztem Beton und (3) Sandstein ("Belgian stone") gerichtet. Die Stücke
wurden auf einen umlaufenden Mustertisch gebracht und so gedreht, daß der Auftreffpunkt des Strahls mit einer Geschwindigkeit von
10 - 18 cm/min über das Material wanderte; die Bewegung wurde an
P einigen Punkten gestoppt und dann von neuem eingeleitet. In dem Beton wurde ein Kreisschnitt mit einer Tiefe von etwa 2,5 cm bei
einer Geschwindigkeit von etwa 18 cm/min angebracht. An der Schnittstelle trat eine glasige Wiederverfestigung des Materials
ein, aber der Beton ließ sich mit geringem Kraftaufwand längs des kreisförmigen Schnittes brechen. Der mit Kies versetzte Beton verhielt sich ähnlich. Längs der Schnittbahn entstand eine glasige
Schmelze mit einer gewissen Blasenbildung. Der Sandstein zeigte nicht nur einen kreisförmigen Schnitt, sondern sprang unter der
Einwirkung der Wärmespannungen an vielen Stellen. An den Enden der Schnittlinie floß eine teilweise grüne und teilweise farblose
Glasschmelze aus. Bei etwa eine halbe Minute stationär gehaltenem
^ Strahl entstand eine Ausnehmung von etwa 7,5 cm Tiefe und einem
Durchmesser von ca. 18 mm.
Ein Sandsteinblock mit Abmessungen Von etwa 8 cm χ 10 cm χ 30 cm
wurde mit einem Abstand von etwa 6 mm von der Ausgangsöffnung unter ein Strahlerzeugungssystem gebracht. Das System wurde mit einer
Leistung von 9 kW bei einer Beschleunigungsspannung von 145 kV betrieben,
wobei das Gas mit einer Geschwindigkeit von etwa 50OO l/h
durch die Austrittsdüse gefördert wurde. Der Block wurde dabei um etwa 10 cm/min weiterbewegt.
(I) Längs der Bewegungsbahn wurde ein etwa 63 mm tiefer Schnitt
hergestellt, worauf überschüssige "Lava" einen weiteren Fortgang stoppte.
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(II) Es wurde ein etwa 30 nun (1-1/4") tiefer Einschnitt hergestellt,
jedoch trat der Bruch bis zu einer Tiefe von ca. 40 nun (1-5/8") und über die gesamte Breite des Steinmaterials (30 cm)
auf.
(III) Eine etwa 35 mm (1-3/8") dicke Platte zeigt eine sich über
die halbe Länge des Blockes (15 cm) erstreckende Sprunglinie. Mit Hilfe eines Meißels und leichtem Schlagen hebt sich über die gesamte
Länge und Breite des Blockes deutlich eine etwa 35 mm starke Platte ab.
In einem Abstand von etwa 3 mm (1/8") von der Austrittsdüse wurde ein etwa die Abmessungen 9 cm χ 12,5 cm χ 20 cm (3-1/2" χ 5" χ 8")
aufweisender Granitblock unter ein Strahlerzeugungssystem gebracht, das mit den Werten des Beispiels II betrieben wurde, wobei das
System und der beaufschlagte Block stationär gehalten wurden. Nach 20 see Betriebsdauer brach der Block durch. Von der Oberseite des
Blockes her trat "Lava" aus, die jedoch keine störende Rückwirkung auf das Strahlerzeugungssystem ausübte. Der durch das Schme!: a
gebildete Hohlraum war etwa 9 cm (3-1/2") tief und hatte einen Durchmesser von etwa 16 mm (5/P").
In einem Abstand von etwa 9,5 mm von der Austrittsdüse wurde eine
Betonplatte mit Abmaßen von etwa 0,48 cm χ 10 cm χ 12,5 cm (1-7/8"
χ 4" χ 5") auf eine weitere Platte aufgelegt. Die Betriebswerte des Strahlerzeugungssystems waren wieder die gleichen wie beim
Beispiel II. Es wurde ein Schnitt bis zu einer Tiefe von 5 cm hergestellt, wobei die Platten mit 10 cm/min weiterbewegt wurden. Der
erzexigte Schnitt hatte an der Oberseite eine Breite von 8 mm, während
seine Breite 2,5 cm unterhalb der Oberfläche etwa 10 mm betrug. Der Schnitt erstreckte sieb durch die obere Platte; auf der
als Träger dienenden Platte waren Brennspuren sichtbar. Außerdem befand sich auf der als Träger dienenden Platte eine verhältnismäßig
große Feuchtigkeitsmenge. Zu Beginn des Schnitts floß "Lava"
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- 28 aus, jedoch nicht am Ende.
Ein Kalksteinblock mit Abmessungen von etwa 9 cm χ 12,5 cm χ 30 cm
(3-1/2" χ 5" χ 12") wurde mittels einer entsprechend den Werten des Beispiels II betriebenen Vorrichtung geschnitten. Zu Beginn lag
der Elektronenstrahl 12,7 mm (1/2") innerhalb der Blockkante. Die Austritts- oder Auslaßdüse war 9,5 mm von der Blockoberfläche entfernt. Das Schneiden erfolgte mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 cm/min. Vor oder oberhalb, des Schnittes floß keine "Lava" aus. P Der Schnitt erschien sauber; lediglich einige mangelhafte Wärmerisse waren zu beobachten. Der Schnitt war etwa 6,5 cm (2-1/16") tief und 0,48 cm (3/16") breit.
der Elektronenstrahl 12,7 mm (1/2") innerhalb der Blockkante. Die Austritts- oder Auslaßdüse war 9,5 mm von der Blockoberfläche entfernt. Das Schneiden erfolgte mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 cm/min. Vor oder oberhalb, des Schnittes floß keine "Lava" aus. P Der Schnitt erschien sauber; lediglich einige mangelhafte Wärmerisse waren zu beobachten. Der Schnitt war etwa 6,5 cm (2-1/16") tief und 0,48 cm (3/16") breit.
Ein Granitblock entsprechend Beispiel III wurde unter Wasser angeordnet.
Die Oberfläche befand sich 2,5 cm unter der Wasseroberfläche.
Die Austrittsdüse des Elektronenstrahlerzeugungssystems
wurde in einem Abstand von etwa 3,2 mm von der Blockoberfläche in das Wasser eingetaucht.
wurde in einem Abstand von etwa 3,2 mm von der Blockoberfläche in das Wasser eingetaucht.
Mit einer Leistung von 9 kW, einer Spannung von 140 kV und einer
Geschwindigkeit von etwa 2,5 cm/min wurde der Block ebenso wie
zuvor ein ähnlicher Block (in Luft) geschnitten, jedoch floß hier
im Einschnittbereich keine glasartige Masse aus. Ein Großteil des Blockmaterials zerbröckelte infolge durch Wärmespannungen hervorgerufener
Sprünge.
Eine Glasscheibe von etwa 3,2 mm Stärke wurde unter Wasser getaucht.
Ein Elektronenstrahlengenerator mit einem Wert von etwa
5 kW wurde mit seiner Strahl-Auslaßdüse in das Wasser eingetaucht, so daß ein Abstand von etwa 3,2 mm - 12,7 mm von der Scheibe verblieb. Die Scheibe wurde mit 25 cm - 150 cm/min weiterbewegt. Dabei entstand ein sauberer, scharfkantiger Schnitt.
5 kW wurde mit seiner Strahl-Auslaßdüse in das Wasser eingetaucht, so daß ein Abstand von etwa 3,2 mm - 12,7 mm von der Scheibe verblieb. Die Scheibe wurde mit 25 cm - 150 cm/min weiterbewegt. Dabei entstand ein sauberer, scharfkantiger Schnitt.
Patentansprüche;
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Claims (13)
1.!Vorrichtung zur Erzeugung eines zur Einwirkung auf ein Werkstück
geeigneten Korpuskularstrahls in der Atmosphäre, mit einer ein Strahlerzeugungssystem, das an seinem einen Ende eine
Öffnung für den Durchgang des Strahls in die Atmosphäre und zu dem Werkstück hin aufweist, aufnehmenden Vakuumkammer, dadurch
gekennzeichnet, daß dem Strahl (E) ein Flud zugeordnet ist, das sich mit hoher Geschwindigkeit längs des durch die Öffnung austretenden
und auf das Werkstück (W) einwirkenden Korpuskularstrahls (E) bewegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß die
Vakuumkammer einen langgestreckten Kanal kleineren Durchmessers, durch den der Korpuskularstrahl (E) zu der Öffnung gelangt,
und ein ringförmiges Element für die Führung des Fluds aufweist, das im Abstand um die langgestreckte Kammer herum angeordnet
ist und koaxial zu der Öffnung ausmündet.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein
zweites ringförmiges Element für ein zweites Flud im Abstand von dem ersten ringförmigen Element angeordnet ist, das koaxial
zu der Öffnung ausmündet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer einen zwischen dem Strahlerzeugungssystem und der
Öffnung langgestreckten Driftraum für den Strahl und zwischen dem Driftraum und der Öffnung einen Kapillarkanal aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Weg des Strahls eine Linse (41) angeordnet ist, deren
Brennpunkt (43) in dem Kapillarkanal liegt.
6.'Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch
gekennzeichnet, daß in dem die Öffnung umgebenden Gefäßteil ein Niederdruckbereich vorgesehen ist, der ein Einsaugen
von Flud in die Kammer verhindert und dabei so niedrig ist,
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- 3ο -
daß er keine wesentliche Streuung des Strahls hervorruft.
7. Verfahren zum Schneiden von Gestein in Verbindung mit einem
von einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche
1 - G erzeugten Korpuskularstrahl, dadurch gekennzeichnet, daß
der Korpuskularstrahl und ein unter hohem Druck stehendes Flud
durch die Öffnung auf ein etwa von der Oberfläche einer Gesteinsformation
gebildetes Werkstück (V/) gerichtet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein die
ψ Öffnung enthaltendes Düsenelement etwa 3 mm - 25 mm von der
Gesteinsoberfläche angeordnet, die Gesteinsoberfläche unter
Wasser getaucht und ein Strahl des erstgenannten Fluds mit erheblichem
Druck auf die Oberfläche gerichtet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Flud auf die Oberfläche gerichtet wird.
10. Verfahren nach Anspruch S oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß
das erste Flud Wasser und das zweite Flud Dampf ist.
11. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß
das erste Flud ein Brennstoff ist und das zweite Flud Sauer-
' stoff enthält.
12. Verfahi^en nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das
erste Flud ein elektrisches Plasmagas ist, das einen Plasmabogen bildet.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 - 12, dadurch
gekennzeichnet, daß das erste Flud und der Korpuskularstrahl alternierend intermittierend eingeschaltet werden und da
bei die Dauer von Unterbrechungen zwischen aufeinanderfolgenden
Beaufschlagungen des Gesteins durch den Korpuskularstrahl
so gewählt wird, daß das geschmolzene Material während dieser Dauer wirksam abgeblasen werden kann, während die Dauer der
Beaufschlagung des Materials durch den Korpuskularstrahl selbst
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jmmm ma bad qfuginai
so gewählt wird, daß die Oberfläche wirksam durchdrungen und
eingeschnitten wird.
1Ί. Vorfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7-13, dadurch
gekennzeichnet, daß der Korpuskularstrahl ein Elektronenstrahl ist, dessen Beschleunigungsspannung zwischen einer
Million und hundert Millionen Volt liegt und der in Form von Impulsen abgegeben wird, deren Dauer im Verhältnis zu der Dauer
zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen kurz ist, und daß die Einwirkung auf das Werkstück so ist, daß dessen Material
nicht schmilzt, sondern durch Wärmesprünge oder -risse zerstört wird.
KN/sch 3
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ßAD ORlGtHAL
Leerseite
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Publication Number | Publication Date |
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DE1943058A1 true DE1943058A1 (de) | 1970-03-19 |
DE1943058B2 DE1943058B2 (de) | 1974-12-19 |
DE1943058C3 DE1943058C3 (de) | 1975-08-28 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1943058A Expired DE1943058C3 (de) | 1968-08-30 | 1969-08-25 | Verfahren zum Brechen von Gestein mittels eines Korpuskularstrahls sowie Vorrichtung zur Durchfuhrung eines solchen Verfahrens |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US3556600A (de) |
DE (1) | DE1943058C3 (de) |
FR (2) | FR2016695A1 (de) |
GB (2) | GB1284561A (de) |
Families Citing this family (51)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3704914A (en) * | 1970-11-27 | 1972-12-05 | Fletcher Co H E | Method of fluid jet cutting for materials including rock and compositions containing rock aggregates |
US4020317A (en) * | 1971-12-10 | 1977-04-26 | New Mexico Tech Research Foundation | Method of mining rock with an electron beam |
US3998281A (en) * | 1974-11-10 | 1976-12-21 | Salisbury Winfield W | Earth boring method employing high powered laser and alternate fluid pulses |
US4066138A (en) * | 1974-11-10 | 1978-01-03 | Salisbury Winfield W | Earth boring apparatus employing high powered laser |
US4227582A (en) * | 1979-10-12 | 1980-10-14 | Price Ernest H | Well perforating apparatus and method |
US4412967A (en) * | 1980-04-09 | 1983-11-01 | Winterberg Friedwardt M | Multistage high voltage accelerator for intense charged particle beams |
JPH0610348B2 (ja) * | 1986-07-28 | 1994-02-09 | 三菱電機株式会社 | イオン注入装置 |
CA1271230A (en) * | 1989-05-03 | 1990-07-03 | Jerzy Jurewicz | Method and apparatus for treating a surface of granite with a high temperature plasma jet |
US5356081A (en) * | 1993-02-24 | 1994-10-18 | Electric Power Research Institute, Inc. | Apparatus and process for employing synergistic destructive powers of a water stream and a laser beam |
GB9507719D0 (en) * | 1995-04-13 | 1995-05-31 | Boc Group Plc | Machining of materials |
US7893386B2 (en) * | 2003-11-14 | 2011-02-22 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Laser micromachining and methods of same |
US7377593B2 (en) * | 2004-05-03 | 2008-05-27 | Her Majesty The Queen In The Right Of Canada, As Represented By The Minister Of Natural Resources | Continous extraction of underground narrow-vein metal-bearing deposits by thermal rock fragmentation |
US7923658B2 (en) | 2004-09-13 | 2011-04-12 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Laser micromachining methods and systems |
JP4270577B2 (ja) * | 2007-01-26 | 2009-06-03 | 日本海洋掘削株式会社 | レーザを用いた岩石の加工方法及びその装置 |
KR100890360B1 (ko) * | 2008-04-21 | 2009-03-25 | 주식회사 탑 엔지니어링 | 취성 기판의 브레이크 장치 |
US8025098B2 (en) * | 2008-06-18 | 2011-09-27 | Xyleco, Inc. | Processing hydrocarbons |
US9138786B2 (en) | 2008-10-17 | 2015-09-22 | Foro Energy, Inc. | High power laser pipeline tool and methods of use |
US20120074110A1 (en) * | 2008-08-20 | 2012-03-29 | Zediker Mark S | Fluid laser jets, cutting heads, tools and methods of use |
US9080425B2 (en) | 2008-10-17 | 2015-07-14 | Foro Energy, Inc. | High power laser photo-conversion assemblies, apparatuses and methods of use |
US9360631B2 (en) | 2008-08-20 | 2016-06-07 | Foro Energy, Inc. | Optics assembly for high power laser tools |
US8511401B2 (en) * | 2008-08-20 | 2013-08-20 | Foro Energy, Inc. | Method and apparatus for delivering high power laser energy over long distances |
US9244235B2 (en) | 2008-10-17 | 2016-01-26 | Foro Energy, Inc. | Systems and assemblies for transferring high power laser energy through a rotating junction |
US8571368B2 (en) | 2010-07-21 | 2013-10-29 | Foro Energy, Inc. | Optical fiber configurations for transmission of laser energy over great distances |
US9089928B2 (en) | 2008-08-20 | 2015-07-28 | Foro Energy, Inc. | Laser systems and methods for the removal of structures |
US9347271B2 (en) * | 2008-10-17 | 2016-05-24 | Foro Energy, Inc. | Optical fiber cable for transmission of high power laser energy over great distances |
US9664012B2 (en) | 2008-08-20 | 2017-05-30 | Foro Energy, Inc. | High power laser decomissioning of multistring and damaged wells |
US9267330B2 (en) | 2008-08-20 | 2016-02-23 | Foro Energy, Inc. | Long distance high power optical laser fiber break detection and continuity monitoring systems and methods |
US8627901B1 (en) | 2009-10-01 | 2014-01-14 | Foro Energy, Inc. | Laser bottom hole assembly |
US9669492B2 (en) | 2008-08-20 | 2017-06-06 | Foro Energy, Inc. | High power laser offshore decommissioning tool, system and methods of use |
US9074422B2 (en) | 2011-02-24 | 2015-07-07 | Foro Energy, Inc. | Electric motor for laser-mechanical drilling |
US9719302B2 (en) | 2008-08-20 | 2017-08-01 | Foro Energy, Inc. | High power laser perforating and laser fracturing tools and methods of use |
US9242309B2 (en) | 2012-03-01 | 2016-01-26 | Foro Energy Inc. | Total internal reflection laser tools and methods |
US11590606B2 (en) * | 2008-08-20 | 2023-02-28 | Foro Energy, Inc. | High power laser tunneling mining and construction equipment and methods of use |
US10301912B2 (en) * | 2008-08-20 | 2019-05-28 | Foro Energy, Inc. | High power laser flow assurance systems, tools and methods |
US9027668B2 (en) | 2008-08-20 | 2015-05-12 | Foro Energy, Inc. | Control system for high power laser drilling workover and completion unit |
US8783360B2 (en) | 2011-02-24 | 2014-07-22 | Foro Energy, Inc. | Laser assisted riser disconnect and method of use |
US8783361B2 (en) | 2011-02-24 | 2014-07-22 | Foro Energy, Inc. | Laser assisted blowout preventer and methods of use |
US8684088B2 (en) | 2011-02-24 | 2014-04-01 | Foro Energy, Inc. | Shear laser module and method of retrofitting and use |
US8720584B2 (en) | 2011-02-24 | 2014-05-13 | Foro Energy, Inc. | Laser assisted system for controlling deep water drilling emergency situations |
EP2606201A4 (de) | 2010-08-17 | 2018-03-07 | Foro Energy Inc. | Systeme und transportstrukturen für hochleistung-langstrecken-lasterübertragungen |
WO2012031009A1 (en) * | 2010-08-31 | 2012-03-08 | Foro Energy Inc. | Fluid laser jets, cutting heads, tools and methods of use |
US9168612B2 (en) | 2011-01-28 | 2015-10-27 | Gas Technology Institute | Laser material processing tool |
EP2678512A4 (de) | 2011-02-24 | 2017-06-14 | Foro Energy Inc. | Verfahren für lasermechanisches hochleistungsbohren |
WO2012167102A1 (en) | 2011-06-03 | 2012-12-06 | Foro Energy Inc. | Rugged passively cooled high power laser fiber optic connectors and methods of use |
US9399269B2 (en) | 2012-08-02 | 2016-07-26 | Foro Energy, Inc. | Systems, tools and methods for high power laser surface decommissioning and downhole welding |
BR112015004458A8 (pt) | 2012-09-01 | 2019-08-27 | Chevron Usa Inc | sistema de controle de poço, bop a laser e conjunto de bop |
CA2891500A1 (en) | 2012-11-15 | 2014-05-22 | Foro Energy, Inc. | High power laser hydraulic fructuring, stimulation, tools systems and methods |
WO2014204535A1 (en) | 2013-03-15 | 2014-12-24 | Foro Energy, Inc. | High power laser fluid jets and beam paths using deuterium oxide |
DE102014106843B4 (de) | 2014-05-15 | 2020-09-17 | Thyssenkrupp Ag | Verfahren zum Einbringen eines Bohrlochs |
US10221687B2 (en) | 2015-11-26 | 2019-03-05 | Merger Mines Corporation | Method of mining using a laser |
UA113827C2 (xx) | 2016-09-07 | 2017-03-10 | Аксіальна електронна гармата |
-
1968
- 1968-08-30 US US756653A patent/US3556600A/en not_active Expired - Lifetime
-
1969
- 1969-08-06 GB GB39333/69A patent/GB1284561A/en not_active Expired
- 1969-08-06 GB GB39336/69A patent/GB1284454A/en not_active Expired
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DE1943058C3 (de) | 1975-08-28 |
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GB1284561A (en) | 1972-08-09 |
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